开关电源双极性开关管的选择

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所谓双极性,是指有两个PN结的普通开关三极管,在“彩显”中一般作为开关电源、行输出级和S校正电路的切换开关。三极管的开关状态和模拟放大状态的要求明显不同,对开关特性的描述也不是通常的fT、fa所能概括的。
        
    在开关电源中,是通过三极管开与关的时间比(即占空比)稳定输出电压的。在这里,三极管被当作开关使用,利用三极管的放大作用,通过极小的基极电流控制集电极电流。当集电极电流饱和时,认为开关已接通,而集电极电流截止时,则认为开关已断开。
        
    但是,三极管的开/关并非处于理想状态,导通时尚有其饱和压降VCES,断开时其IC≠0,而具有一定的ICEO。与理想开关相比,晶体管作为开关并非完全随基极控制电流同时进行开/关,其中存在一定的过程。
        
    为了研究三极管开/关此瞬间过程,首先对开/关的相对值作一规定,即当集电极电流达到其最大饱和电流90%时,认定它已接通,而集电极电流下降为I。的10%时,认为它已经断开。按此标准计量,三极管开/关过程所需时间作为衡量三极管的开关特性的比较标准。

 导通时间是指,当基极驱动脉冲加入后,集电极电流由零达到饱和值90%所占用的时间。为了排除驱动电流的影响,假设加到基极一发射极之间的控制电流为理想的矩形波,见下图所示。在基极电流以垂直于X轴的特性上升时,集电极电流Ic并不随之升高,而是有一延迟时间t。,在此时间内lc呈缓慢曲线上升到Icm的10%。产生延迟时间的原因是:三极管在截止状态时,基区基本无自由电子,当控制电压突然升高时,欲使发射结达到VB≥+0.6V,输入电流必须不断地给发射结电容充电,以降低PN结的内部电场,然后再向基区发射电子,因而需经过一段时间(ta)。ta正比于发射结电容,反比于发射结的面积。开关管功率越大,必然发射结面积相应增大,欲要减小t。就越加困难。
        
    发射结的充电速度,不仅与输入驱动脉冲的内阻有关,而且与三极管的截止有关。如果三极管处于深度截止(即反向偏置过大),ta也越慢。当Ic达到10%的Icm时,在驱动脉冲的作用下,Ic随IB呈线性增长。


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